УСТРОЙСТВО ТЕПЛОМАССООБМЕНА Российский патент 2013 года по МПК F24F3/147 

Изобретение относится к области вентиляции, кондиционирования воздуха и охлаждения оборотных вод.

В тепломассообменных устройствах типа воздух-воздух или воздух-вода, применяемых в системах охлаждения, увлажнения, осушении воздуха или охлаждения оборотных вод используются гигроскопичные капиллярно-пористые материалы, которые обеспечивают равномерность смачивания при испарении или сборе влаги с поверхности воздушных каналов. Эффективность работы этих устройств и возможность регулирования их выходных параметров зависит от конструкции элементов подачи (или удаления) жидкости (воды, жидкого раствора или жидкого абсорбента) в капиллярно-пористом материале. В устройствах увлажнения воздуха и охлаждения оборотной воды (градирнях) обычно используется метод поверхностного орошения. Недостатком такого метода подачи воды является образование жидкой текущей пленки на теплообменных поверхностях, снижающей тепломассообмен, а также капельный вынос влаги, снижающий эксплуатационные качества устройства, особенно в зимний период.

В некоторых устройства тепломассообмена и тепловлагообмена нашли применение другие методы ввода жидких реагентов в капиллярно-пористый материал. Так в тепловлагообменнике (патент США №40051898, кл. F28F 3/12, 1977), который содержит пакет гигроскопичных капиллярно-пористых пластин, образующих каналы для воздушных потоков, внесение раствора жидкого абсорбента осуществляется путем предварительной обработки. Недостаток этого метода состоит в невозможности регулирования и ограничения по времени и интенсивности работы устройства.

В тепловлагообменнике (авторское свидетельство СССР №916909, кл. F24F 3/147, 1980) возможность регулирования и повышение интенсивности работы пакета гигроскопичных капиллярно-пористых пластин достигается путем частичного погружения пакета в поддон с раствором жидкого абсорбента, который снабжен нагревателем. Недостаток этого устройства состоит в неравномерности смачивания пластин из-за ограничения в скорости диффузии влаги по высоте, что накладывает существенные ограничение на их габариты.

Наиболее близким к заявленному изобретению является тепловлагообменник (авторское свидетельство СССР №1041815, кл. F24F 3/147, 1982), содержащий пакет гигроскопичных капиллярно-пористых пластин, образующих каналы для воздушных потоков, поддон с раствором жидкого абсорбента, в который частично погружены пластины, снабженный ванной с прорезями в днище, в которую введены верхние концы пластин, и секцией подъема раствора с трубами, заполненными капиллярно-пористым материалом и выведенными своими концами в ванну и поддон. Кроме того, в секции подъема установлен нагреватель. Недостатком этого тепловлагообменника является уменьшение числа воздушных каналов в его конструкции за счет размещения секции подъема раствора и недостаточная скорость подачи или отвода раствора только через поддон и ванну. Указанные недостатки ограничивают площадь смачивания и возможности повышения эффективности влагообмена, а также сужают диапазон регулирования выходных параметров только за счет набора трубок и их нагрева.

Предложенное техническое решение направлено на повышение эффективности тепловлагообмена и тепломассообмена.

Поставленная цель достигается следующими конструктивными решениями:

1) капиллярно-пористые пластина пакета в устройстве тепломассообмена имеют внутренние сквозные каналы, соединяющие ванну с поддоном и обеспечивающие равномерность подачи жидкого раствора по ее высоте;

2) устройство тепломассообмена может состоять из одного или нескольких пакетов гигроскопичных капиллярно-пористых пластин, связанных единой системой циркуляции жидкого раствора по патрубку от поддона к ванне и через сквозные каналы в пластинах капиллярно-пористого материала, что позволяет разделять воздушные потоки и обеспечивать в каждом из них оптимальные параметры температуры подаваемого воздуха;

3) устройство снабжено системой изменения температуры (подогрев или охлаждение) и расхода циркулирующего жидкого раствора, повышающей эффективность его применения и возможности регулирования.

На фиг.1 показан общий вид устройства тепломассообмена, состоящего из двух пакетов капиллярно-пористых пластин 1 и 2, образующих соответственно каналы 3 и 4 для воздушных потоков 5 и 6, снабженных верхними ваннами 7 и 8, и поддоном 9, содержащим устройство заправки 10 с датчиком уровня и вентилем слива 11 жидкого раствора.

Кроме того, устройство снабжено системой циркуляции жидкого раствора, включающей патрубок 12, насос 13 и регулятор температуры 14, состоящий из теплообменника с нагретым или охлажденным рабочим телом.

На фиг.2 и фиг.3 представлены продольные и поперечные сечения пакета капиллярно-пористых пластин и схема размещения сквозных каналов 15 внутри каждой пластины из гигроскопичного капиллярно-пористого материала, соединяющих верхнюю ванну с поддоном. Состав раствора, прокачиваемого от поддона к верхней ванне и протекающей самотеком по сквозным каналам, определяется задаваемой функцией устройства тепломассообмена.

В устройстве тепломассообмена, предназначенного для осушения воздуха, система циркуляции заполняется жидким абсорбентом и выполняет функцию тепловлагообменника следующим образом.

Жидкий абсорбент, находящийся в заправленном поддоне 9, подается системой циркуляции раствора в верхнюю ванну 7, стекает по внутренним каналам 15 и заполняет пластины из каппилярно-пористого материала пакета 1. Холодный воздушный поток 5 осушается при пропускании по каналам 3 за счет адсорбции влаги жидким абсорбентом на стенках воздушных каналов из капиллярно-пористого материала пакета 1. Насыщенный жидкий абсорбент стекает в верхнюю ванну 8 второго пакета 2 и далее, попадая во внутренние каналы заполняет пластины из капиллярно-пористого материала этого пакета. Горячий поток 6 испаряет влагу из абсорбента в пластинах пакета 2 так, что стекающий в поддон 9 жидкий абсорбент возвращается к исходной концентрации. Регулятор 14 служит для поддержки оптимального значения температуры жидкого раствора. При необходимости используются устройство заправки 10 с датчиком уровня и вентиль слива 11 для поддержания жидкого раствора в поддоне 9 в пределах заданного уровня наполнения и концентрации.

Как увлажнитель устройство тепломассообмена может работать с одним пакетом 1 (фиг.2 и 3), установленным в поддоне 9 и заправленным водой. Система циркуляции подает воду в ванну 7, которая заполняет по внутренним каналам капиллярно-пористый материал пластин пакета 1. Воздух 5 увлажняется за счет тепломассообмена со стенками в каналах 3. Подогрев воды в регуляторе 14 и соответствующий нагрев увлажняемого потока 6, обеспечивает оптимальные температурно-влажностные характеристики подаваемого воздуха.

При подаче в устройство тепломассообмена оборотной воды для ее охлаждения оно выполняет функцию градирни по такой же схеме, что и увлажнитель воздуха, а в регулятор температуры 14 подается оборотная нагретая вода.

Предлагаемое устройство также позволяет концентрировать и извлекать твердый остаток из солевых растворов методом низкотемпературной выпарки (испарение при атмосферном давлении при температуре жидкости ниже точки кипения). В процессе испарения по мере концентрации во внутренних сквозных каналах пористых пластин происходит накопление солевого остатка и снижение потока концентрированного раствора. По окончании процесса солевой остаток может быть извлечен путем растворения и промывки кислотой для целей его утилизации или (для токсичных или радиоактивных солей) отправлен на захоронение в твердом пакетированном состоянии.

Предлагаемое многофункциональное устройство тепломассообмена позволяет эффективно выполнять задачи осушения, охлаждения и увлажнения воздуха, охлаждения оборотной воды и концентрирования жидких солевых растворов в широком диапазоне регулирования выходных параметров.

Устройство относится к области вентиляции и кондиционирования воздуха. Устройство состоит из одного или нескольких пакетов гигроскопичных капиллярно-пористых пластин с каналами для воздушных потоков и подачи жидкого раствора, поддон с жидким раствором, в который частично погружены пластины, ванну, установленную сверху пакета, с промежуточными ваннами, установленными между пакетами, и снабжено системой регулирования температуры (подогрев или охлаждение) циркулирующего жидкого раствора. Предлагаемое многофункциональное устройство тепломассообмена позволяет эффективно выполнять задачи осушения, охлаждения и увлажнения воздуха, охлаждения оборотной воды, концентрирования жидких солевых растворов и пакетирования твердых остатков для целей их утилизации или захоронения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство тепломассообмена, содержащее пакет гигроскопичных капиллярно-пористых пластин с каналами для воздушных потоков, поддон с жидким раствором, в который частично погружены пластины, ванну, установленную сверху пакета, отличающееся тем, что в капиллярно-пористых пластинах пакета выполнены внутренние сквозные каналы, соединяющие ванну с поддоном.

2. Устройство тепломассообмена по п.1, отличающееся тем, что оно состоит из одного или нескольких пакетов гигроскопичных капиллярно-пористых пластин с промежуточными ваннами, установленными между пакетами, и соединенными внутренними сквозными каналами в пластинах капиллярно-пористого материала с поддоном.

3. Устройство тепломассообмена по п.2, отличающееся тем, что устройство снабжено системой регулирования температуры (подогрев или охлаждение) циркулирующего жидкого раствора.